红外激光变频测试技术简介

1.铝箔切割对比

SPI-200W 激光器切割铝箔测试如表4-10所示。

图4-17　SPI-200W 脉冲激光器波形

续图4-17

表4-10　SPI-200W 激光器切割铝箔

续表

纳秒激光切割工艺如图4-18所示。

图4-18　纳秒激光切割工艺

采用SPI-200W 不同频率、W11号波形、38 ns、4000 mm/s切割，其切割铝箔形貌变化如图4-19所示。

由图4-19可见，不同频率下其切缝表面有明显的不同。例如，在200 kHz下时主要表现为平面毛刺和热影响（飞溅），而在800 kHz时主要表现为熔边和端面毛刺。在切割速度一定的情况下，频率越大其搭接率越高，因此影响铝箔切缝形貌的主要因素为激光光斑的搭接率，搭接率越高、注入能量越多，就越容易产生熔边。

图4-19　切割铝箔形貌

相同单脉冲能量下不同激光器切割铝箔形貌对比如图4-20 所示。图4-20（a）、（c）的切割工艺参数为0.2 mJ、800 kHz、38 ns、4000 mm/s；图4-20（b）、（d）的切割工艺参数为0.225 mJ、1000 kHz、91 ns、4000 mm/s。在相同切割速度4000 mm/s、单脉冲能量约为0.2 mJ的情况下，不同激光器切割的效果比较相似。

续图4-19

图4-20　相同单脉冲能量下不同激光器切割铝箔形貌对比

2.AT9切割对比

根据实验方案所选定的波形及参数进行切割，每个参数切割2 pcs，统计其热影响区、平面毛刺、端面毛刺的平均值。

SPI-200W 激光器切割AT9测试如表4-11所示。

表4-11　SPI-200W 激光器切割AT9

不同激光频率条件下切割AT9工艺如图4-21所示。

采用SPI-200W 不同频率、W5 号波形、38 ns、4000 mm/s切割，其切割AT9形貌如图4-22所示。

由图4-22可见，随着频率的增加、单脉冲能量的降低，切缝热影响区和漏金属逐渐减小，端面炸点也开始减少；当频率增加到800 kHz时开始出现平面毛刺。研究发现在500 kHz时具有较好的切割效果。

相同单脉冲能量下不同激光器切割AT 9的形貌如图4-23所示。图4-23（a）、（c）的切割工艺参数为500 kHz、0.32 mJ、1000 mm/s、47 ns；图4-23（b）、（d）切割工艺参数为528 kHz、0.33 mJ、1000 mm/s、91 ns，其切割效果也比较相似。

图4-21　不同激光频率条件下切割AT9工艺

图4-22　不同激光频率下切割AT9极片的形貌(www.xing528.com)

续图4-22

图4-23　相同单脉冲能量下不同激光器切割AT9的形貌

续图4-23

3.铜箔切割对比

SPI-200W 激光切割铜箔测试如表4-12所示。根据实验方案所选定的波形及参数进行切割，每个参数切割2 pcs，统计其热影响、端面毛刺的平均值。

表4-12　SPI-200W 激光切割铜箔

采用SPI-200W 不同频率、4000 mm/s、W5号波形、47 ns切割，其切割铜箔切边形貌如图4-24所示。

图4-24　SPI-200W 不同频率下切割铜箔的形貌（W5号波形）

SPI-200W 不同频率、4000 mm/s、W5号波形切割铜箔时，在中心频率氧化最为严重，低频或高频时氧化现象稍好一些。其主要原因是低频时即使单脉冲能量较高但激光的光斑搭接较低，而在高频时单脉冲能量较低。

采用SPI-200W 不同频率、4000 mm/s、W29号波形、61 ns切割，其切割铜箔切边形貌如图4-25所示。

图4-25　SPI-200W 不同频率下切割铜箔的形貌（W29号波形）

对比W29号波形与W5号波形下500 kHz时的切割效果，可发现在W29号波形的氧化要明显弱一些，由于W29号波形的脉宽61 ns高于W5号波形的脉宽47 ns，其峰值功率更低。

图4-26（a）、（d）的工艺参数为500 kHz、0.32 mJ、4000 mm/s、47 ns；图4-26（b）、（e）的工艺参数为500 kHz、0.32 mJ、4000 mm/s、61 ns；图4-26（c）、（f）的工艺参数为700 kHz、0.25 mJ、5000 mm/s、91 ns；图4-26（c）、（f）切割功率增大，切割速度相应得到提高。

4.石墨切割对比

SPI-200W 激光器切割石墨测试如表4-13所示。根据实验方案所选定的波形及参数进行切割，每个参数切割2 pcs，统计其热影响区、端面毛刺的平均值。

图4-26　不同激光器切割铜箔极片的形貌

表4-13　石墨SPI-200W 激光器切割

纳秒激光脉宽、重复频率、单脉冲能量、激光束质量都是影响加工效果的重要指标；透镜的扫描范围越小，聚焦的光斑越小，加工的缝隙也越小，根据工艺水平的调整，对边缘碳化程度、毛刺效果影响也越小，石墨极片的切边形貌如图4-27所示。

图4-27　石墨极片的切边形貌

续图4-27

从图4-27可以看出，SPI-200W 不同频率、W5号波形、47 ns、1000 mm/s切割，在保证切断的前提下，石墨切割质量无较大的影响。

不同激光功率切割石墨的形貌如图4-28所示。

图4-28　不同激光功率切割石墨的形貌

不同的激光切割工艺条件下极片的切边形貌变化较大，其中，激光能量、频率、波形和激光切割速度是主要的工艺参数，对切割质量影响较大。当激光功率太低或者移动速度太快时，极片不能完全切开；当功率太高或移动速度太低时，激光对材料作用区域变大，切缝尺寸更大。材料吸收的激光能量除被表面吸收发生融熔、汽化形成切口外，也有一部分热量沿切口向材料内部及四周传递。